文 献 综 述

气升式环流反应器属于自循环式环流反应器,根据反应器结构可分为内循环(中心气升式、环隙气升式和隔板气升式)和外循环两种形式,内循环反应器是在传统的鼓泡塔中加入折流板或导流筒而成，气体既可以由导流筒中心上升并携带液体进入导流筒与反应器内壁环隙,实现液体循环,也可以在由环隙进入并携带液体上升进入导流筒,完成液体循环^[1-3]。

气含率、气泡尺寸及其分布和气泡上升速度是环流反应器中研究气相特征和表征流动特性的重要参数,决定了气液有效相界面积，与传质、传热和反应速率密切相关,也是建立流体力学模型所必需的参数。

气升式反应器传质性能的研究主要是对液相性质的深入探讨（在本实验中主要体现为液体中的氧浓度），以求提高反应器传质性能，从而满足微生物生长或菌种发酵的需要。内循环气升式反应器同时具有能耗低、混合性能和液体循环性能良好等优点，可广泛用于有机酸生产、发酵、废水处理等领域。但由于多相系统中传质行为的复杂性，很多问题仍尚未得到很好的解决，因此无论是从基础研究还是实际应用角度对该反应器传质性能进行深入研究是十分迫切的^[5]。

探头法是考察气液体系气泡行为常用的测量方法^[6],主要包括光纤探针探头^[7],电导(电阻)探针探头 ^[7，8]超声探头。在本实验中，通过查阅文献最终决定采用双探针电导探头来考察内环流反应器内气相特征。对于双探针探头技术,一般是通过信号相关得到气泡的上升速度,根据气泡信号的持续时间计算气泡弦长,再由气泡弦长经过一定的算法转换为气泡大小分布 ^[8,9] 。本文在充分调研和分析了现有多相流测试技术后,基于考察的气相特征和实验条件,选用双探针电导探头测试技术对内环流反应器内气相特征进行测试考察。

实验中需要测量的参数主要包括：局部气含率、平均气含率和溶解氧浓度 ^[10-13]。平均气含率的测定可以采用压差法进行。压差法是通过测量两点之间的压力，再根据气含率和两测量点压差之间的关系求得两测压点之间的平均气含率，该方法精度较高。压力测量可以采用 U 型管或压力探头，其中压力探头具有灵敏度高、响应快速，可在线实时测量的优点；U型管具有使用方便，操作方便等优点，两者都非常适用于反应器内气含率的测定 ^[14] 。本实验采取U型管来测定压差，而其它参数需用进行数据测量和采集系统在线监测。

如何实现气、液相之间快速有效的传质是气升式反应器设计和操作中必需要考虑的问题。气液相间传质效率是反应气升式反应器性能的重要指标之一，良好的气液相间传质对提升反应器生产能力尤为重要。气液相间传质与反应器的流动行为和气泡行为密切相关，它们分别影响传质系数和传质相界面。由于难以对传质系数和传质相界面进行单独测量，一般用它们的乘积，即体积传质系数来表征反应器的传质性能^[15]。体积氧传质系数是氧传质系数与比表面积 a 的乘积，它是气液传质效率的综合表征参数，反映了气含率、循环液速、局部湍流等因素对气液传质的影响程度

氧传质系数公式：

参考文献：